单片机选用设计实例分析

摘要： 随着单片机在市场上的应用，其种类也是越来越多，PIC单片机也凭借自身强大的优势逐渐成为人们研究的热点，通过实例汽车车身控制单片机的选用实际分析PIC单片机的特点和优势。对于单片机的研究具有一点的指导意义。

关键词： 单片机；PIC；设计实例

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310108－01

目前市场上的单片机种类繁多，PIC单片机与其他单片机相比其总线结构，PIC单片机的总线结构是哈佛结构，指令和数据空间是完全分开的，一个用于指令，一个用于数据，以便于实现指令的流水线操作。由于可以对程序和数据同时进行访问，所以提高了数据吞吐率。这种总线结构不像以往的MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器统一编址，而正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数分别为12、14、16位。

1 单片机PIC16F887的功耗需求

精确的估计应用的功耗需求是很重要的，因为所期望的功耗将对电路产生多少热量有影响。虽然PIC微控制器的功耗只能估计到某个量级，但这一般就足够确保电路不会太热或电池不会在所需要的执行时间前耗尽。对PIC微控制器本身来说，它的固有电流（即当微控制器什么也不连接的时候消耗的电流）可以从Mieroehip公司的数据表中得到。PIC16F887需要4.0V到5.8V的电源电压。在休眠模式下（此时所有的程序执行都暂停且振荡器关闭），电源电压可以直接降到1.5V并且RAM中的数据仍然可以保留。电源提供的电流依赖于振荡器频率。当器件运行在5.SV电压和4MHZ下时，可以得到一个典型的电源电流值1.6mA；如果振荡器的频率增加到20MHZ，那么电源电流上升到7mA。与其他的微控制器相比，这两个数值实际上是很好的。对于电池供电的系统，PIC16F887的电源电压需要三个碱性电池提供大约4.5V的电源。假如采用3个AA电池供电，每个电池的电量为800mAh。运行在1.6mA，电池可以使用500个小时，也就是20.8天。运行在 7mA，电池可使用114小时，也就是4.7天。上面的计算紧紧考虑微控制器的电能消耗，而没有考虑电路的其他部分。

2 单片机时钟电路

单片机要正常工作就必须由外界为它提供一个时钟信号，然后它按照时钟节拍一步一步执行。PIC系列单片机设计了4种类型的时基振荡方式可供用户选择，标准的晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡器xT，高频的晶体振荡器HS（4MHz以上），低频的晶体振荡器/陶瓷谐振器LP，外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC，为了提高硬件系统的实时性和运行速度，本系统采用第二种方式高频晶体振荡器。我采用频率为4MHZ晶振作为系统的时钟，而PIC单片机的指令周期是时钟周期的4倍，本系统执行一条汇编指令所需要的时间为1mS，它的运行速度是很快的，这样可以保证控制系统的实时在很大程度上减少了控制系统的误差，保证了控制系统的精度。

3 开关量采集电路

3.1 多路数据选择器

信号输入电路接收来自传感器或驾驶员操纵按钮的电压信号，该电路采用多路数据开关（多路数据选择器）74Hc151接收信号。74HC151是8选1数据选择器，它有8个数据输入端DO一D7，1个选通端S，3个数据选择端A，B，C和2个输出端Y，W。当三个数据选择端A，B，C从000到11l之间变化时，可选择不同的通道。

3.2 信号输入电路

单片机采集外部信号电路，首先是通过单片机对数据选择端发出选择信号，74HC151接收到选择信号后就把对应的输入端信号传递到单片机的信号采集端口PZ，P3，和P4。例如，当计数器为011时74HC151的第三个输入端（引脚1）的高电平或低电平被送至输出端Y。在本电路中，74HC151的第三输入端连至驾驶席门锁开关，如果门锁开关打开，由于上拉电阻的作用，74HC151的输入为高电平；相反如果驾驶席门锁开关合上，74HC151的输入接低电平。选择输出信号的同时，增强了数字电路的驱动能力，输入输出组合方便。考虑到成本及利用率，选用了3个8选1数据选择器实现对输入信号的采集，只用6个I/0口即可实现24个外部开关信号的采集，节省PIC16F887的接口资源，可以充分利用PIC16F887的硬件资源。

L4949是Motorola生产的低压差，一个单片集成的多功能精密稳压器，能够提供稳定的电压和电流。它是专为供应微型计算机控制系统，尤其是应用在汽车上。低功耗设计是BCM设计的重点，L4949符合低功耗设计的要求。其可将0.5-+H.SV之间的电池电压转换为巧v输出，并在整个电压范围内提供100mA输出电流，压降小于0.4V，效率高于90%。L4949所需外围器件较少，包括输入旁路电容、滤波电容和电阻，不需要任何补偿元件。为降低电源对信号的干扰，6脚RSET外接10kQ的RSET电阻。为防止输入电源电压过高而损坏电源模块，将二极管D25串联在电源输入端，作为电源反接保护。1脚是电压输入端，8脚是电压输出端。当一个高于5V的电压输入后，输出为5V。

3.3 硬件抗干扰技术

电磁兼容性定义为：电气系统在有相邻的其他系统时，仍能保持其性能。换句话说，它是兼容的，除了不干扰其他系统外，它对其他系统可能发出的干扰也保持不受影响。在汽车使用中，这意味着各种电气和电子系统，诸如点火系统、电子燃油喷射、防抱死制动/牵引力控制系统、气囊、收音机、车载电话、导航系统等必要的功能在相互紧邻的情况下，在某个容许的电平之外彼此不受干扰。这也意味着车辆在它所处的环境中作为一个系统工作时必须保持其性能，不能对其他车辆有电气干扰，还必须对广播和任意类型的通信传输不产生干扰。同时，当汽车暴露在从外界来的强大电磁场情况下（例如在无线电发射站附近），必须保持自身能正常工作。鉴于这些考虑，汽车电气系统和相关功能件在设计时要保证电磁兼容性。

参考文献：

[1]金仁贵，单片机应用系统的开发方法[J].电脑知识与技术，2006.

[2]罗毅、张宏伟，PIC单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社，2005.4.

作者简介：

姚配剑（1989-），男，陕西人，天津工业大学。

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